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自動車用光学部品の試作を実現するソリューション
最も迅速なプロトタイピング企業にとって、自動車用光学部品のプロトタイプを製造することは困難な作業です。最も難しいのは、光学部品を透明にする方法です。自動車は人々に大きな利便性をもたらし、毎年多くのブランドやモデルが生まれています。特に、テスラなどの人気のある電気自動車は、近年、よく知られた自動車ブランドとなっています。競争力を高めるために、車両プロトタイプの開発時間は短くなっていますが、各部品の性能と相互作用を評価するために時間を確保する必要があります。これには寿命が関係します。たとえば、自動車の照明には、ヘッドライト、テールライト、フォグランプ、ターンシグナル、室内灯、反射板、光学ガイド、バッフル、レンズが含まれます。自動車用光学部品のプロトタイプ製造のソリューションには、コンセプト設計レビューから光学システムの製造とテスト、シェルプロトタイプから光学部品の組み立てまでの一連のプロセスが含まれます。
1.自動車用光学部品の試作開発段階。
エンジニアリングプロトタイプ。設計および量産準備段階では、最終製品の機能や外観を確認するために、多数のプロトタイプを作成する必要があります。その後、テールランプの明るさ、機能、その他の基本機能パラメータがテストされます。通常、1～2個のプロトタイプが必要です。
設計検証プロトタイプ。車両照明プロトタイプの初期機能が承認されると、設計検証が開始されます。この段階では、車両照明の幾何学的形状を最適化し、最初の組み立てを確認することを目的としています。一般的に、最初の組み立てでは設計上の修正が必要な多くの問題が発生するため、修正によって他の問題が発生する可能性があるため、新しいプロトタイプを再製造して設計を再確認する必要があります。これは反復的なプロセスです。一般的に、この段階で製造されるプロトタイプは20個以下です。設計検証テストには強度テストも含まれます。車両照明やその他のプロトタイプの場合、主に衝撃テストが含まれ、レンズに硬い物体を投げつけて、大きな衝撃に耐えられるかどうかを確認します。テスト結果に基づいて、過酷な環境やメーカーのニーズによりよく適応するように、一部の材料を変更できます。
試作品の製造検証。各種要素のテストが完了した後、自動車用照明ランプの試作品の量産を初めて試みます。通常は最大1000個程度です。この段階は、生産を最適化するプロセスです。
2.ものづくりのソリューション。
通常、自動車用照明の開発のさまざまな段階で、さまざまな方法を使用してプロトタイプを製造します。
最初の段階では、最終的な設計案がまだ確定していないため、最も多くの反復作業が発生する可能性があります。そのため、プロトタイプはできるだけ早く再製造する必要があり、それらは互いに全く異なるものになる可能性が高いです。この段階で理想的なプロセスは、3Dプリンティングである積層造形です。これは、量産準備なしで複雑な自由形状部品を製造する方法です。このプロセスでは、部品のCADモデルに従ってプラスチックを層ごとに焼結していきます。
第 2 段階では数十個の部品が必要となるため、3D プリンティングはもはや実現不可能かもしれません。自動車の照明ランプは通常、透明なプラスチック (ポリカーボネートまたは PMMA) で作られているため、ポリウレタン型に流し込むことができます。射出成形金型と比較すると、ポリウレタン型の製造速度は速く、コストも低くなります。もちろん、主流の製造方法はCNC 加工です。3 軸、4 軸、5 軸の CNC 加工サービスを購入することで、より高い鏡面透明度効果を実現できます。
第3段階は基本的に量産試験です。そのため、高価な鋼鉄製またはアルミニウム製の射出成形金型を製造する際の主要な製造工程は射出成形です。良好なランプの透明度と表面仕上げを得るために、研削盤や研磨方法を用いることができます。
3.自動車用光学部品の試作の難しさ
ライトガイドの製造。ライトガイドの製造は、プロトタイプ加工において最も難しい部分です。ライトガイドは、照明において重要な役割を果たす独自の透明なチューブです。光源をライトガイドの一端に置くと、光はガイドレールの表面に反射し、その軸方向に跳ね返ります。その結果、入射角が大きくなり、より明るい軸が得られます。これは、複雑な照明表示が可能になり、光がより明るく見えることを意味します。透明プロトタイプおよび光学プロトタイプの加工材料としては、主に透明アクリル（PMMA）とポリカーボネート（PC）が用いられ、透明でクリアな鏡面を実現します。
ライトガイドの製造には精密なプラスチック加工技術が必要です。 CNC 加工技術により、優れた表面品質が得られます。 光学部品の加工半径は R0.005 インチ (R0.125mm) を超えず、加工光学面公差は +/-0.001 インチ (+/-0.025mm) に達します。 3 軸、4 軸、さらには 5 軸の CNC フライス盤の最適な組み合わせの加工能力を組み合わせ、最新のダイヤモンド加工技術 (SPDM または SPDT) を採用し、5 軸のマイクロ フライス加工の能力に匹敵することができます。また、優れた光学品質を備えた一連のレンズとライト ガイド タイプを製造しています。
反射鏡の製造。精密な5軸CNC加工装置と高速切削技術を用いて、複雑な形状のアルミニウム反射鏡を加工し、反射率、照明強度、照射範囲を向上させます。一般的に、アルミニウム7075または7022を使用して、R0.1またはR0.15 mmの光学面をフライス加工し、露出した鋭利なエッジを最大R0.1 mmまで丸めます。2回の3Dスキャンと粗さ測定を行い、研磨後の最終粗さはRa（μm）0.05です。すべてのプロセススキャンの表面精度公差は±0.05mm以内です。
分割接着によるソリューション。非常に複雑なプロトタイプの中には、5軸フライス盤で加工できない場合、分割接着による加工が必要となるものがあります。分割接着ソリューションは、加工コストを削減し、加工上の制約を解消できます。適切な分割処理と優れた仕上げにより、表面に目立つ接着線を巧みに隠すことができます。光学部品の接着後に残る線は、分解処理と連続的な精密加工によってのみ隠すことができます。
研磨。アクリル研磨は、すべての透明プラスチックの最高の透明度と透過率を引き出すのに役立ちます。CNC加工されたPMMAは表面仕上げは良好ですが、高精細を実現するのは難しく、特別な技術による研磨が必要です。アクリルは応力に敏感で非常に脆い材料であるためです。アクリルの手動研磨には、さまざまなレベルの研磨プロセスが必要です。高研磨には、まず400番または600番の研磨紙から始め、表面の工具痕を取り除き、次に徐々に800番、1000番、1500番へと上げ、最後に2000番の研磨紙を使用します。研磨面は、機械の線や痕跡のない非常に滑らかなものになります。最後に、研磨ペーストを使用してプロセスを仕上げる必要があり、最終的な表面は、研磨痕や傷のない非常にクリアで透明になります。
ポリカーボネート (略して PC) はアクリルよりもはるかに強く、機械的特性が優れています。 その透明性はアクリル酸に劣るだけです。 通常、アクリルと同様の光学特性を得るために、研磨と蒸気研磨を使用します。 ポリカーボネートの研磨工程は、アクリルの手作業による研磨と同じです。 400#から2000#の研磨紙で表面を磨き、加工痕を取り除きます。 蒸気を密閉容器内でジクロロメタン中で沸騰させると、蒸気がポリカーボネートの表面に流れ、表面が透明になります。 研磨プロセスの後、部品を乾燥した環境に送って、ジクロロメタン (有毒) を蒸発させる必要があることに注意してください。
DDPROTOTYPE は、完全な車両照明プロトタイプの提供に重点を置いており、世界中の多くの有名な自動車メーカーやサプライヤーに専門的なプロトタイプ サービスを提供しています。 当社は、さまざまな自動車プロトタイプの開発と迅速な製造技術に焦点を当てており、CNC 加工、3D 印刷、真空鋳造、迅速なアルミニウム金型、少量バッチ射出成形、および板金加工を提供しています。 3 軸、4 軸、5 軸の CNC フライス盤の最適な組み合わせには、1 メートルを超えるストロークの工作機械が装備されており、透明なプラスチック部品を欠陥なく加工する知識があります。 効果的な分割および結合ソリューション、熟練した手動研磨技術、ダイヤモンド ツールの使用により最高の表面品質を達成でき、最小のツールを R0.1mm まで加工して、設計者の光学的詳細を完全に表現できます。
